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MEMBRESDUJURY:
Université Toulouse III Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier)
Génie Electrique, Electronique et Télécommunications (GEET)
Continuité de service d'une chaîne de traction ferroviaire asynchrone répartie
07 Mai 2013
Tahar ACHOUR
Génie Electrique
M. Mohamed BENBOUZID, Professeur UBO Brest
M. Bernard DAVAT, Professeur Université de Lorraine
Mme. Maria PIETRZAK-DAVID, Professeur INP Toulouse
Laboratoire Plasma et Conversion d'Énergie (UMR CNRS N° 5213)
Mme. BETTY SEMAIL, Professeur Polytech’Lille (Présidente)
M. Marc DEBRUYNE, Alstom Transport – Tarbes (Examinateur)
M. Bruno ESTIBALS, Professeur Université Toulouse 3 (Examinateur)
M. Pascal MAUSSION, Professeur INP Toulouse (Examinateur)

Résumé
Cette étude s’intéresse principalement aux avantages que peut offrir une architecture
d’une traction ferroviaire électrique asynchrone répartie. Ceci est obtenu à travers les de-
grés de liberté additionnels qu’elle apporte, d’une part, par la commande des systèmes
multi-convertisseurs/multi-machines la constituant, d’autre part, par l’exploitation de la
redondance structurelle qu’elle offre naturellement. L’objectif principal qu’on cherche à
atteindre au travers de ces deux aspects, commande et redondance structurelle, permet
d’assurer la continuité de service de la chaîne de traction répartie en présence de diffé-
rentes perturbations. Cette étude nous amènera à la conception d’un organe décisionnel
qui apporte les adaptations, les reconfigurations de commandes voire d’observateurs néces-
saires pour maintenir le bon fonctionnement du système en modes nominal et perturbé.
L’analyse des différentes structures de commandes coopératives d’un système biondu-
leur/bimoteur nous a conduit à l’évolution de la Commande Moyenne Différentielle pour
proposer une stratégie d’anti-patinage. Les différentes stratégies ainsi proposées ont été
validées expérimentalement sur une plate-forme émulant la charge mécanique d’un bogie
de traction composé d’un système bionduleur/bimoteur.
Mots clefs Traction électrique, Système Multi-onduleur/Multi-machine, Com-
mandes coopératives, Continuité de service, Perte d’adhérence, Broutement, Défaut de
capteur, Organe décisionnel.
Abstract
This study focuses on the benefits that can be induced by a Distributed Induction
Machine Railway Traction. This is obtained through the additional degrees of freedom it
provides, on the one hand across the cooperative controls of the multi-converter/multi-
machine systems which constitute the distributed traction and on the other hand by
exploiting the Natural Structural Redundancy available in this system. The main ob-
jective we want to reach through these two aspects, cooperative controls and structural
redundancy, is to ensure service continuity of the distributed railway traction. This study
leads to design a supervising automaton which allows ensuring service continuity of the
studied system in the case of external disturbances by making the necessary adjustments
and drive control commutation. The analysis of cooperative controls leads to the impro-
vement of the Average Differential Control and to propose a new anti-slip strategy. The
structure redundancy advantage of a multi-converter/multi-machine system is used in
order to compensate the speed sensor fault. Finally, the different strategies which have
been proposed are experimentally validated on a test bench that emulates a traction bogie
composed by a dual-inverter/dual-motor system.
Keywords Railway Traction, Multi-converter/Multi-machine System, Cooperative
Controls, Continuity of Service, Loss of Adherence, Stick-Slip Perturbations, Sensor Fault,
Supervising Automaton.

Remerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés au LAboratoire PLAsma et
Conversion d’Energie (LAPLACE) au sein du groupe COmmande et DIAgnostic des Sys-
tèmes Electriques (CODIASE).
Je tiens tout d’abord à remercier ma directrice de thèse Madame Maria PIETRZAK-
DAVID, Professeur des Universités à l’Institut National Polytechnique de Toulouse, an-
cienne directrice du département de formation Génie Electrique-Automatique de l’Ecole
Nationale Supérieure d’Electrotechnique, d’Electronique, d’Informatique, d’Hydraulique
et des Télécommunications (ENSEEIHT), directerice de l’Ecole Doctorale Génie Elec-
trique, Electronique et Télécommunications (GEET) de Toulouse et chercheur du groupe
CODIASE au LAPLACE. Je la remercie énormément de m’avoir fait confiance et de
m’avoir confié ce sujet de thèse. Je la remercie pour sa disponibilité, ses conseils et ses
encouragements au cours de ces années de thèse et surtout pour ses qualités humaines.
Je remercie également les membres du jury :
• Madame BETTY SEMAIL, Professeur des Universités à Polytech’Lille et chercheur
au Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille, pour
m’avoir fait l’honneur de présider le jury et pour l’intérêt qu’elle a porté aux travaux
réalisés.
• Monsieur Bernard DAVAT, Professeur des Universités à Université de Lorraine et
directeur du Laboratoire Groupe de Recherche en Électrotechnique et Électronique
de Nancy (GREEN), pour avoir accepté la tâche de rapporteur de ce mémoire. Merci
à lui pour ses commentaires et remarques constructives par rapport au mémoire.
• Monsieur Mohamed BENBOUZID, Professeur des Universités à l’Université de Bre-
tagne Occidentale (UBO), Directeur Adjoint au Laboratoire Brestois de Mécanique
et des Systèmes (LBMS) et Responsable de l’Equipe Commande & Diagnostic des
Systèmes Electromécaniques (CDSE), d’avoir accepté d’être rapporteur. Merci pour
l’intérêt qu’il a porté à nos travaux et ses remarques constructives.
• Monsieur Marc DEBRUYNE, Ingénieur et expert transport ferroviaire à ALSTOM
Transport de Tarbes, pour l’honneur qu’il nous a fait en participant à notre jury de
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